Bối cảnh và vấn đề nghiên cứu

Trong tiến trình công nghiệp hóa, hiện đại hóa và hội nhập kinh tế, việc ứng dụng các dây chuyền sản xuất tự động đóng vai trò thiết yếu nhằm cắt giảm chi phí sản xuất, gia tăng năng suất lao động và chuẩn hóa chất lượng sản phẩm. Trong lĩnh vực xây dựng, sơn là loại vật liệu bề mặt có chức năng bảo vệ công trình và tạo tính thẩm mỹ, do đó màu sắc cùng độ đồng đều của màng sơn là tiêu chí kỹ thuật hàng đầu.

Tuy nhiên, tại nhiều xưởng sản xuất quy mô vừa và nhỏ, công đoạn pha màu sơn vẫn tiến hành thủ công dựa trên kinh nghiệm cảm tính của người thợ. Phương pháp thủ công này bộc lộ nhiều hạn chế: độ chính xác và độ lặp lại của màu sắc giữa các mẻ pha không cao, năng suất thấp, tiêu hao nhiều nhân công và không đáp ứng được các đơn hàng số lượng lớn. Đặc biệt, việc tiếp xúc trực tiếp với hóa chất, dung môi hữu cơ và bột màu trong quá trình khuấy trộn thủ công tiềm ẩn nhiều rủi ro về an toàn lao động và sức khỏe công nhân.

Xuất phát từ thực tế đó, đề tài đồ án tốt nghiệp "Hệ thống trộn sơn và đóng nắp sử dụng PLC SIEMEN S7 1200" do nhóm sinh viên ngành Kỹ thuật Điện - Điện tử, Viện Kỹ thuật, Trường Đại học Công nghệ TP.HCM (HUTECH) thực hiện dưới sự hướng dẫn của Th.S Nghiêm Hoàng Hải nhằm tự động hóa chu trình pha màu, chiết rót, cấp phôi và đóng nắp lon sơn.

Nhiệm vụ nghiên cứu của đề tài được xác định gồm 5 nội dung chính:

  1. Nghiên cứu mô hình pha màu trong thực tế và các công nghệ sản xuất sơn công nghiệp.
  2. Tìm hiểu cấu trúc, tập lệnh và phương pháp lập trình trên dòng PLC Siemens S7-1200.
  3. Viết và kiểm thử chương trình điều khiển logic, giải thuật định lượng và xử lý lỗi trên PLC.
  4. Tìm hiểu phần mềm WinCC, xây dựng giao diện giám sát SCADA và thiết lập liên kết truyền thông giữa PLC, HMI và máy tính điều khiển.
  5. Thiết kế, tính toán lựa chọn thiết bị điện - khí nén và thi công hoàn thiện mô hình phần cứng cơ khí.

Mục tiêu cụ thể của hệ thống bao gồm:

  • Xây dựng mô hình phần cứng hoàn chỉnh, vận hành ổn định và bảo đảm tính thẩm mỹ công nghiệp.
  • Cấp vỏ lon và cấp nắp lon hoàn toàn tự động qua hệ thống băng tải và cơ cấu gắp - dập.
  • Pha chế chính xác nhiều màu sắc khác nhau theo tỷ lệ cài đặt từ các màu gốc.
  • Đảm bảo thể tích chiết rót và màu sắc đồng đều giữa các chu kỳ sản xuất.
  • Giám sát trạng thái hoạt động và điều khiển toàn bộ quy trình thông qua giao diện SCADA trên nền tảng WinCC.

Đối tượng nghiên cứu là mô hình dây chuyền tự động hóa quá trình chiết rót định lượng chất lỏng, khuấy trộn pha màu và dập nắp lon sử dụng bộ điều khiển lập trình PLC Siemens S7-1200 kết hợp các cơ cấu chấp hành khí nén - điện. Phạm vi nghiên cứu tập trung vào việc thiết kế, chế tạo mô hình thực nghiệm quy mô phòng thí nghiệm, kiểm thử giải thuật pha màu trừ RYB và đánh giá chất lượng vận hành trong khoảng thời gian nghiên cứu gần 4 tháng (năm 2022).

Cơ sở lý thuyết và phương pháp

Khung lý thuyết chuyên ngành

Cơ sở lý thuyết của đề tài được xây dựng trên hai trụ cột chính: công nghệ hóa học - quang học về sơn/màu sắc và kỹ thuật điều khiển tự động hóa công nghiệp.

Về mặt vật liệu và công nghệ sơn:

  • Thành phần cấu tạo sơn: Bao gồm chất tạo màng/nhựa chiếm tỷ lệ 40% - 60% (các gốc Alkyd, Acrylic, Epoxy, Polyurethane, Fluorocarbon) tạo độ kết dính và độ bền màng; bột màu chiếm 7% - 40% (oxit titan, thiếc, chì, bột độn CaCO3, silica...) quyết định màu sắc và độ phủ; dung môi chiếm 10% - 30% có nhiệm vụ hòa tan nhựa và điều chỉnh độ nhớt; phụ gia chiếm 0% - 5% (chất làm khô, chất hoạt động bề mặt, chất chống nấm mốc).
  • Quy trình sản xuất sơn công nghiệp: Trải qua 4 công đoạn kỹ thuật chính gồm Ủ muối (thấm ướt chất tạo màng và dung môi), Nghiền sơn (sử dụng nước làm mát giải nhiệt 5 - 7°C để hạn chế bay hơi dung môi), Khuấy sơn (bổ sung chất tạo màng, dung môi và phụ gia vào bể khuấy để đạt độ đồng nhất) và Đóng gói thành phẩm (chiết rót vào vỏ bao bì và lưu kho phòng chống cháy nổ).
  • Quy luật phối màu: Đồ án phân biệt rõ giữa quy luật cộng màu trong quang học (hệ màu RGB dành cho ánh sáng) và quy luật trừ màu trong hóa chất sơn (hệ màu RYB/CMYK). Đề tài ứng dụng nguyên tắc pha trừ màu với 3 màu sơ cấp (Primary) gồm Đỏ (Red - R), Vàng (Yellow - Y) và Lam (Blue - B). Từ 3 màu sơ cấp này, hệ thống phối trộn để tạo thành 3 màu thứ cấp (Secondary) gồm Da cam (Đỏ + Vàng), Lục (Vàng + Lam), Tím (Lam + Đỏ) và 6 màu trung gian/tam cấp (Tertiary). Việc pha thêm màu trắng đóng vai trò điều chỉnh quang độ (Value) và sắc thái (Tone) nhạt cho sản phẩm.

Về nền tảng điều khiển và truyền thông:

  • Bộ điều khiển logic khả trình PLC Siemens S7-1200: Sử dụng cấu trúc vi xử lý tích hợp, hỗ trợ chu kỳ quét nhanh (thời gian thực thi lệnh logic 0,1 µs), tích hợp cổng truyền thông PROFINET chuẩn Ethernet TCP/IP, cùng khả năng mở rộng linh hoạt qua các Signal Board (SB), Signal Module (SM) và Communication Module (CM RS485/RS232).
  • Khái niệm cảm biến và chuyển đổi tín hiệu: Chuyển đổi đại lượng vật lý phi điện (lưu lượng chất lỏng, vị trí quang học của lon) thành tín hiệu điện số (Digital) hoặc tương tự (Analog) đưa về đầu vào PLC xử lý.
  • Cơ sở truyền động khí nén và điện: Nguyên lý làm việc của van điện từ đảo chiều khí nén (các dòng 5/2, 3/2), máy nén khí, van tạo chân không dùng khí nén, xy lanh khí nén tác động kép và động cơ điện một chiều (DC) giảm tốc.

Phương pháp nghiên cứu

Đề tài áp dụng phương pháp nghiên cứu thiết kế kỹ thuật kết hợp thực nghiệm:

  • Phương pháp tính toán và thiết kế hệ thống: Tính toán phụ tải điện, lập bảng phân bổ địa chỉ vào/ra (I/O mapping), xây dựng sơ đồ nguyên lý mạch động lực 24VDC, mạch điều khiển và lưu đồ giải thuật cho từng trạm chức năng.
  • Phương pháp mô hình hóa và lập trình: Lập trình điều khiển logic tuần tự trên phần mềm TIA Portal V16 (ngôn ngữ LAD/FBD/SCL) và thiết kế giao diện vận hành SCADA.
  • Phương pháp thực nghiệm kiểm chứng: Chế tạo mô hình phần cứng cơ khí, lắp ráp tủ điện điều khiển, tiến hành chạy thử nghiệm chiết rót, phối màu và đóng nắp lon thực tế để đối soát sai số màu sắc và độ ổn định cơ cấu chấp hành.

Nguồn dữ liệu

Dữ liệu phục vụ đề tài bao gồm tài liệu kỹ thuật của hãng sản xuất Siemens (hướng dẫn cấu hình phần cứng S7-1200, tài liệu lập trình TIA Portal), thông số kỹ thuật (datasheet) của các linh kiện cơ điện tử (cảm biến YF-S201, cảm biến Omron, xy lanh khí nén, động cơ Tsukasa), các quy chuẩn kỹ thuật pha màu sơn và khảo sát thực tế quy trình sản xuất sơn tại các doanh nghiệp trong nước (như Công ty sơn Hải Việt, nhà máy sơn ICI Dulux KCN Mỹ Phước 2).

Thiết kế và triển khai hệ thống

Danh mục thiết bị và cấu hình phần cứng

Hệ thống được thiết kế tích hợp giữa cơ cấu cơ khí, tủ điều khiển điện và các thiết bị trường. Chi tiết phần cứng được tính toán và lựa chọn như sau:

Nhóm thiết bị Tên thiết bị / Mã hiệu Thông số kỹ thuật & Chức năng
Bộ điều khiển trung tâm PLC Siemens S7-1200 CPU 1212C DC/DC/DC Nguồn 24VDC, tích hợp 8 DI / 6 DO transistor, 2 AI (0-10V), thời gian thực thi 0,1 µs/lệnh logic, cổng PROFINET.
Module mở rộng I/O Siemens SM 1223 8DI/8DO & SM 1222 16 DO Relay Mở rộng số lượng ngõ vào số và ngõ ra rơ-le cách ly cho các cơ cấu công suất.
Cảm biến lưu lượng YF-S201 Cảm biến lưu lượng dạng rotor/Hall, đo thể tích chất lỏng các màu sơn cơ bản cấp vào lon.
Cảm biến vị trí Cảm biến quang chữ U Omron EE-SX674 Phát hiện vị trí lon sơn trên băng tải tại các trạm chiết rót và trạm đóng nắp.
Van chất lỏng Van điện từ nước UNI-D UW21 Đóng/mở đường cấp sơn từ các bồn chứa dung dịch gốc (R, Y, B, Trắng).
Cơ cấu khí nén Cụm van điện từ Airtac, Xy lanh tròn PVN, Van hút chân không Điều khiển chuyển động tịnh tiến dập nắp, cấp nắp và hút giữ nắp lon bằng giác hút chân không.
Động cơ truyền động Động cơ giảm tốc DC Tsukasa TG-85E-CH-77-D919 Kéo băng tải vận chuyển lon và truyền động cơ cấu lắc trộn sơn.
Thiết bị phụ trợ tủ điện Relay trung gian Omron G2R-1-SND 24VDC, CB, Cầu đấu dây 2 tầng Đóng cắt bảo vệ quá tải, cách ly tín hiệu điều khiển và phân phối nguồn tủ điện.

Kiến trúc phần mềm và giải thuật điều khiển

Toàn bộ hệ thống được lập trình tích hợp trên phần mềm TIA Portal V16 với các khối chức năng điều khiển tuần tự:

  • Giải thuật chiết rót sơn: Cảm biến quang chữ U xác nhận lon đã vào đúng vị trí trạm rót -> Băng tải dừng -> PLC kích hoạt mở các van điện từ UNI-D UW21 tương ứng với màu đã chọn -> Cảm biến lưu lượng YF-S201 đếm xung thể tích -> Khi đạt định lượng theo tỷ lệ phối màu cài đặt, PLC ngắt van điện từ và phát lệnh khởi động băng tải chuyển lon sang trạm tiếp theo.
  • Giải thuật cấp và đóng nắp: Lon di chuyển đến trạm đóng nắp kích hoạt cảm biến dừng -> Cơ cấu xy lanh khí nén kết hợp van hút chân không lấy nắp từ băng tải cấp nắp đặt chính xác lên miệng lon -> Xy lanh dập nắp PVN tác động lực nén xuống để cố định nắp lon.
  • Giải thuật lắc trộn sơn: Lon sau khi dập kín nắp được chuyển vào cơ cấu lắc sơn -> Động cơ lắc hoạt động trong khoảng thời gian định trước (sử dụng bộ định thời Timer trên PLC) để hòa trộn đều các thành phần màu bên trong lon thành hỗn hợp đồng nhất.

Giao diện SCADA được thiết kế trên WinCC bao gồm 4 màn hình chức năng chính:

  1. Giao diện Đăng nhập (Log in): Quản lý quyền truy cập và bảo mật hệ thống vận hành.
  2. Giao diện Bảng tỷ lệ pha màu: Cho phép người dùng theo dõi và cấu hình tỷ lệ các thành phần màu gốc (R, Y, B, Trắng) cho từng mã màu thành phẩm.
  3. Giao diện Chọn màu và số lượng lon: Cài đặt đơn hàng sản xuất với màu sắc yêu cầu và số lượng lon cần chiết rót.
  4. Giao diện Giám sát & Điều khiển: Hiển thị trực quan trạng thái thời gian thực của băng tải, van, xy lanh, mức sơn trong bồn chứa, còi/đèn báo lỗi và các nút bấm vận hành (Start, Stop, Reset, Emergency Stop).

Nội dung chính theo từng chương

Chương 1: Tổng quan về đồ án tốt nghiệp

Chương này tập trung trình bày bối cảnh chung của ngành sản xuất sơn trong nền kinh tế công nghiệp hóa, phân tích các hạn chế cố hữu của phương pháp khuấy trộn sơn thủ công tại các cơ sở sản xuất nhỏ lẻ. Tác giả nêu rõ mục tiêu nghiên cứu là thiết kế, chế tạo một mô hình tự động hóa hoàn chỉnh ứng dụng PLC S7-1200 và SCADA WinCC nhằm tối ưu hóa năng suất, nâng cao độ chính xác thể tích - màu sắc, đồng thời loại trừ tác động độc hại của dung môi đối với công nhân. Bố cục toàn văn đồ án gồm 5 chương được xác lập cụ thể.

Chương 2: Cơ sở lý thuyết

Chương 2 cung cấp hệ thống kiến thức lý thuyết nền tảng phục vụ đề tài. Nội dung chia làm hai phần chính:

  • Lý thuyết màu sắc và sản xuất sơn: Phân tích cấu tạo 4 thành phần chính của sơn (nhựa 40-60%, bột màu 7-40%, dung môi 10-30%, phụ gia 0-5%); 4 giai đoạn công nghệ sản xuất sơn (ủ muối, nghiền sơn có làm lạnh 5-7°C, khuấy phân tán, đóng gói); phân tích 3 yếu tố màu sắc (Sắc - Tone, Quang độ - Value, Cường độ - Intensity); so sánh quy luật cộng màu RGB và quy luật trừ màu sơ cấp RYB, giải thích cơ chế hấp thụ và phản xạ bước sóng ánh sáng của chất màu.
  • Lý thuyết thiết bị điều khiển và cơ khí: Khái quát cấu trúc họ PLC Siemens S7-1200 (các dòng CPU 1211C, 1212C, 1214C, 1215C), bảng thông số các module mở rộng tín hiệu (SM 1221, SM 1222, SM 1223, SM 1231, SM 1232, SM 1234), bảng tín hiệu (SB 1223, SB 1232 AQ), module truyền thông (CM 1241 RS232/RS485), các vùng nhớ (I, Q, M, DB, L) và phương thức định địa chỉ byte; cấu tạo - nguyên lý băng tải công nghiệp, các loại cảm biến, máy nén khí, xy lanh đơn/kép, van đảo chiều khí nén, động cơ DC và thiết bị bảo vệ tủ điện (CB, rơ-le).

Chương 3: Tính toán, thiết kế và lựa chọn thiết bị

Chương này đi sâu vào tính toán kỹ thuật và thiết kế hệ thống. Tác giả xây dựng sơ đồ khối tổng thể, thiết kế bản vẽ cơ khí các mặt bên, mặt bằng, mặt đứng của mô hình và sơ đồ bố trí không gian tủ điện. Chi tiết hóa các sơ đồ mạch động lực 24VDC, sơ đồ đấu nối dây cho CPU 1212C, module SM 1223 8DI/8DO và module SM 1222 16 DO Relay. Chương này cũng phân tích lưu đồ giải thuật điều khiển chương trình chính, giải thuật chiết rót định lượng, giải thuật cấp - hút - dập nắp và giải thuật lắc trộn sơn; đồng thời đưa ra căn cứ kỹ thuật lựa chọn các thiết bị thực tế như cảm biến lưu lượng YF-S201, cảm biến quang Omron EE-SX674, van điện từ UNI-D UW21, cụm van khí nén Airtac, xy lanh PVN và động cơ giảm tốc Tsukasa TG-85E-CH-77-D919.

Chương 4: Thi công hệ thống

Chương 4 mô tả quá trình gia công cơ khí, lắp ráp điện và lập trình giao diện. Phần cứng được thi công hoàn thiện theo 4 cụm chức năng: bộ phận cấp lon tự động, bộ phận chiết rót định lượng, bộ phận cấp và dập nắp sử dụng giác hút chân không, bộ phận lắc sơn bằng cơ cấu cơ học. Tủ điện được bố trí dây dẫn gọn gàng với cầu đấu dây 2 tầng và bảo vệ an toàn. Trên phần mềm, nhóm tác giả hiện thực hóa 4 giao diện SCADA (Đăng nhập, Dữ liệu tỷ lệ pha màu, Chọn màu/số lượng lon, Màn hình điều khiển và giám sát vận hành) với khả năng hiển thị dữ liệu thời gian thực và điều khiển tự động toàn bộ dây chuyền.

Chương 5: Kết quả thực hiện, kết luận và hướng phát triển

Chương cuối cùng tổng kết các kết quả thực nghiệm đạt được trên mô hình thật, so sánh màu sơn thực tế pha ra với bảng màu chuẩn, chỉ ra các sai số kỹ thuật và những khó khăn trong quá trình gia công cơ khí và đo lưu lượng chất lỏng. Tác giả tổng kết các kiến thức - kinh nghiệm thu nhận được, đồng thời đề xuất các giải pháp nâng cấp, mở rộng hệ thống trong tương lai.

Kết quả và đóng góp

Kết quả chính đạt được

Thông qua quá trình nghiên cứu và chế tạo thực nghiệm, đề tài đã đạt được các kết quả cụ thể:

  • Chế tạo hoàn chỉnh mô hình phần cứng cơ khí và tủ điện điều khiển công nghiệp, tích hợp đầy đủ 4 trạm: cấp vỏ lon, chiết rót định lượng, cấp - dập nắp tự động và lắc trộn sơn.
  • Lập trình thành công bộ điều khiển PLC Siemens S7-1200 CPU 1212C kết hợp 2 module mở rộng (SM 1223 8DI/8DO và SM 1222 16 DO Relay), điều khiển chính xác chu trình tuần tự theo tín hiệu phản hồi từ cảm biến quang Omron EE-SX674 và cảm biến lưu lượng YF-S201.
  • Xây dựng giao diện SCADA trên nền tảng WinCC kết nối đồng bộ với PLC, cho phép đăng nhập bảo mật, cấu hình linh hoạt tỷ lệ pha màu từ các bồn dung dịch sơ cấp (Đỏ, Vàng, Lam, Trắng), nhập số lượng lon sản xuất và giám sát trực quan trạng thái thiết bị thời gian thực.
  • Thực nghiệm pha chế thành công các màu sơn thứ cấp và trung gian (như màu cam, xanh lá, tím, vàng cam...) với thể tích lon đúng yêu cầu, chất lượng màu sơn thực tế tương đồng tốt với bảng màu quy chuẩn trên giao diện điều khiển.

Đóng góp của đề tài

  • Cung cấp giải pháp kỹ thuật tích hợp hoàn chỉnh giữa phần mềm điều khiển SCADA/PLC và cơ cấu chấp hành cơ - điện - khí nén cho bài toán pha màu và đóng gói sản phẩm lỏng.
  • Chứng minh tính khả thi của việc thay thế quy trình khuấy trộn thủ công độc hại, năng suất thấp bằng dây chuyền tự động hóa linh hoạt, có khả năng tùy biến công thức màu sắc dễ dàng qua phần mềm mà không cần can thiệp lại phần cứng.
  • Đóng vai trò là mô hình học cụ trực quan, phục vụ công tác giảng dạy, thực hành chuyên đề tự động hóa, điều khiển quá trình và lập trình SCADA cho sinh viên khối ngành kỹ thuật.

Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp

Hạn chế của đề tài

Theo báo cáo của nhóm tác giả, mô hình vẫn tồn tại một số điểm hạn chế do điều kiện thi công phòng thí nghiệm:

  • Cơ cấu cấp vỏ lon và cấp nắp đôi khi gặp hiện tượng kẹt cơ khí nhẹ nếu vỏ lon hoặc nắp không đồng đều về kích thước gia công.
  • Cảm biến lưu lượng YF-S201 dạng rotor có thể chịu ảnh hưởng sai số khi độ nhớt của sơn thay đổi giữa các mẻ dung dịch khác nhau.
  • Số lượng bồn màu nguyên liệu sơ cấp còn giới hạn ở 3 màu cơ bản và 1 bồn màu trắng, chưa tích hợp bồn dung môi làm sạch tự động sau mỗi chu kỳ xả.

Hướng phát triển

Nhóm tác giả đề xuất các định hướng nâng cấp hệ thống trong giai đoạn tiếp theo:

  • Mở rộng thêm số lượng bồn chứa nguyên liệu để pha được các hệ màu phức tạp hơn và bổ sung bồn dung môi súc rửa đường ống tự động.
  • Nâng cấp cơ cấu cấp phôi và đóng nắp bằng tay gắp robot hoặc cơ cấu cơ khí chính xác cao để tăng tốc độ đóng gói.
  • Tích hợp thêm cảm biến đo độ nhớt và loadcell (cân điện tử) để kiểm tra khối lượng lon sơn thành phẩm, tăng cường độ chính xác định lượng.
  • Ứng dụng các chuẩn truyền thông công nghiệp (như Modbus RTU/TCP, OPC UA) để kết nối hệ thống lên mạng quản lý sản xuất cấp cao (MES/ERP) phục vụ giám sát từ xa qua Internet.

Giá trị tham khảo

Báo cáo đồ án tốt nghiệp là tài liệu tham khảo có giá trị ứng dụng thực tiễn cao đối với:

  • Sinh viên ngành Kỹ thuật Điện, Điện tử, Kỹ thuật Điều khiển và Tự động hóa, Cơ điện tử: Tham khảo phương pháp tính toán chọn lựa linh kiện (PLC, module mở rộng, van điện từ, xy lanh, cảm biến), kỹ thuật thiết kế tủ điện 24VDC chuẩn công nghiệp và cách phân bổ bản đồ I/O.
  • Người học và kỹ sư lập trình tự động hóa: Tham khảo cấu trúc lập trình PLC S7-1200 trên TIA Portal, thuật toán xử lý tín hiệu xung cảm biến lưu lượng, kỹ thuật xây dựng giao diện SCADA trên WinCC và giải pháp đồng bộ dữ liệu thời gian thực giữa HMI/SCADA và PLC.
  • Các đề tài nghiên cứu về chiết rót định lượng và đóng gói tự động: Cung cấp tài liệu thiết kế nguyên lý cho các công đoạn cấp phôi, định lượng chất lỏng, hút chân không và dập nắp lon.

Câu hỏi thường gặp

1. Đồ án sử dụng loại PLC nào và cấu hình phần cứng mở rộng bao gồm những gì?

Hệ thống sử dụng bộ điều khiển lập trình trung tâm PLC Siemens S7-1200 CPU 1212C DC/DC/DC (tích hợp 8 ngõ vào số DI 24V, 6 ngõ ra số DO Transistor và 2 ngõ vào tương tự AI 0-10V). Để đáp ứng đủ số lượng cơ cấu chấp hành và cảm biến, hệ thống mở rộng thêm 1 module SM 1223 (8 DI / 8 DO) và 1 module SM 1222 (16 DO dạng Relay).

2. Nguyên lý pha màu sơn trong đề tài được thực hiện theo quy luật nào?

Đề tài áp dụng nguyên tắc pha trừ màu (Subtractive color mixing) sử dụng 3 màu sơ cấp (Primary) gồm Đỏ (Red), Vàng (Yellow) và Lam (Blue) cùng màu Trắng bổ trợ. Bằng cách điều chỉnh tỷ lệ thể tích chiết rót của 3 màu sơ cấp này qua van điện từ và cảm biến lưu lượng, hệ thống tạo ra các màu thứ cấp (Cam, Lục, Tím) và các màu trung gian (Vàng cam, Đỏ cam, Tím đỏ, Xanh tím...).

3. Những loại cảm biến nào được sử dụng trong hệ thống và chức năng của chúng là gì?

Hệ thống sử dụng hai loại cảm biến chính:

  • Cảm biến lưu lượng YF-S201: Lắp đặt tại các đường ống cấp dung dịch màu để đo thể tích chất lỏng chiết rót vào lon dựa trên nguyên lý đếm xung cánh quạt Hall.
  • Cảm biến quang chữ U Omron EE-SX674: Bố trí trên băng tải để xác định chính xác vị trí của lon sơn tại trạm chiết rót và trạm dập nắp.

4. Cơ cấu dập nắp lon hoạt động dựa trên nguyên lý kỹ thuật nào?

Cơ cấu dập nắp kết hợp giữa truyền động khí nén và công nghệ chân không: một van tạo chân không sử dụng khí nén được kích hoạt để hút giữ nắp lon từ băng tải cấp nắp, sau đó cơ cấu xy lanh tròn PVN tịnh tiến đặt nắp chính xác lên miệng lon và thực hiện hành trình nén ép để đóng chặt nắp.

5. Giao diện SCADA trên phần mềm WinCC cung cấp những tính năng quản trị nào?

Giao diện SCADA bao gồm 4 màn hình chức năng: Màn hình Đăng nhập (bảo mật phân quyền), Màn hình Dữ liệu tỷ lệ pha màu (lưu trữ và chỉnh sửa công thức phối màu), Màn hình Chọn màu và số lượng lon (nhập thông số mẻ sản xuất) và Màn hình Điều khiển - Giám sát (vận hành Start/Stop/Reset, hiển thị trạng thái động cơ, van, xy lanh và cảnh báo lỗi thời gian thực).

Kết luận

Đồ án tốt nghiệp "Hệ thống trộn sơn và đóng nắp sử dụng PLC SIEMEN S7 1200" của nhóm sinh viên Viện Kỹ thuật, Trường Đại học Công nghệ TP.HCM đã giải quyết thành công bài toán tự động hóa dây chuyền pha trộn và đóng gói sơn từ khâu cấp phôi, định lượng màu trừ RYB đến dập nắp và lắc sơn đồng nhất. Hệ thống được xây dựng hoàn chỉnh cả về phần cứng cơ điện, tủ điều khiển công nghiệp lẫn phần mềm giám sát SCADA WinCC trực quan, vận hành tin cậy và xử lý tốt các trạng thái làm việc tuần tự. Đề tài đóng góp một mô hình thực nghiệm có giá trị thực tiễn và tính chuẩn mực cao, là tài liệu tham khảo hữu ích cho công tác đào tạo và nghiên cứu ứng dụng công nghệ điều khiển tự động hóa bằng PLC S7-1200.